JP2012032181A

JP2012032181A - イメージング装置及び送受信装置

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Publication number: JP2012032181A
Application number: JP2010169726A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nakaya; 安宏中舍
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: US8891599B2; JP5630122B2; US20120027057A1

Abstract

【課題】測定時間を短縮したイメージング装置及びこれに用いられる送受信装置を提供すること。
【解決手段】本イメージング装置１００は、対象物に対し、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を送信する送信部２０と、送信信号の反射信号を受信する受信部３０と、反射信号から画像情報を生成する画像情報生成部１１と、を備える。対象物に送信する送信信号として櫛状波を用いることにより、１度の測定において複数の周波数成分に関する対象物の情報を得ることができる。これにより、周波数掃引を行う必要がなくなるため、測定時間の短縮を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、イメージング装置及び送受信装置に関する。

イメージング装置は、対象物に対し信号（電磁波）を送信し、反射した信号を受信することにより対象物の形状や位置情報等を取得する。複数の周波数を用いる測定方法として、送信信号の周波数を時間ごとに切り替えながら測定を行う方法が知られている。

特開２００８−５０１９７８号公報

従来のイメージング装置では、周波数を切り替えながら対象物の測定を繰り返すため、測定時間が長くなってしまうという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、対象物の測定時間を短縮したイメージング装置及び送受信装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、本送受信装置は、対象物に対し、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の反射信号を受信する受信部と、を備える。また、本イメージング装置は、対象物に対し、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の反射信号を受信する受信部と、前記反射信号から画像情報を生成する画像情報生成部と、を備える。

本イメージング装置及び送受信装置によれば、対象物の測定時間を短縮することができる。

図１は、実施例１に係るイメージング装置の構成を示す図である。図２は、実施例１に係る送受信装置の構成を示す図である。図３は、送受信装置の各部における信号波形図である。図４は、実施例２に係る送受信装置の構成を示す図である。

図１は、実施例１に係るイメージング装置の構成を示す図である。イメージング装置１００は、ＲＦ部１０、信号処理部１１、アンテナ１２、表示部１３、記憶部１４、警報報知部１５、駆動部１６、及び制御部１８を備える。イメージング装置１００は、測定の対象物に対し電磁波（例えば、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、サブミリ波）を放射し、その反射波により対象物のイメージを取得する装置である。

ＲＦ部１０は、アンテナ１２を介して送信信号を対象物に送信すると共に、対象物により反射された送信信号の反射信号を受信する。信号処理部１１は、ＲＦ部１０により受信された反射信号を処理し、画像情報を生成する画像情報生成部として機能する他、動作に必要な各種の信号処理を行う。表示部１３は、例えば液晶モニタ等を含み、信号処理部１１により生成された画像情報を表示する。

記憶部１４は、例えばフラッシュメモリ等を含み、得られた画像情報等を記憶する。警報報知部１５は、音や光等の手段により外部に警報を発する。駆動部１６は駆動機構を含み、例えば対象物に対するアンテナ１２の方向を変化させる際等に用いられる。ＲＦ部１０、信号処理部１１、表示部１３、記憶部１４、警報報知部１５、及び駆動部１６は、それぞれ制御部１８により制御される。

図２は、ＲＦ部１０及び信号処理部１１の構成の一部を示す図である。ＲＦ部１０は、送信部２０及び受信部３０を含む。送信部２０は、発振器２２、第１短パルス発生器２４、第１バンドパスフィルタ２６、及び分周器２８を含み、その送信端子ＴＸはアンテナ１２に接続されている。受信部３０は、発振器２２、第２短パルス発生器３２、第２バンドパスフィルタ３４、及びミキサ３６を含み、その受信端子ＲＸはアンテナ１２に接続されている。送信部２０及び受信部３０は、発振器２２を共有しており、これにより装置の小型化が図られている。

図３は、送受信装置の各部における信号波形図である。横軸は周波数を、縦軸は出力の大きさをそれぞれ示す。信号波形のＡ〜Ｇは、それぞれ図２に示すＡ〜Ｇ点における信号波形を示す。送信部２０では、最初に発振器２２により短パルスの発振信号が生成される（Ａ）。発振信号は、分周比ｎの分周器２８に入力され、低周波の分周信号に変換される（Ｂ）。分周信号の周波数は、イメージング装置１００におけるステップ周波数Δｆとなる。

分周器２８の出力信号は、第１短パルス発生器２４に入力される。第１短パルス発生器２４は、複数の周波数成分が一定（ステップ周波数Δｆ）の間隔で配列された送信用の複数のパルスを生成する（Ｃ）。これらのパルス信号は、通過周波数がｆｔ_Ｌ〜ｆｔ_Ｈである第１バンドパスフィルタ２６へと入力され、送信信号に適した周波数の信号のみが選別される（Ｄ）。第１バンドパスフィルタ２６の出力信号は、周波数がｆｔ_Ｌ〜ｆｔ_Ｈの範囲で、ステップ周波数Δｆの間隔で配列された複数のパルスを含む。個々のパルスの大きさはほぼ一定であり、周波数空間において櫛形の波形を形成している。以下の説明では、この図３Ｄに示す信号を櫛状波と称する。

櫛状波を含む送信信号は、送信端子ＴＸを介してアンテナ１２に出力される。櫛状波により、測定に必要な複数の異なる周波数成分が一時に出力される。第１バンドパスフィルタ２６と送信端子ＴＸとの間には、第１スイッチＳＷ１が設けられている。第１スイッチＳＷ１は、通常時において第１バンドパスフィルタ２６の出力側を送信端子ＴＸと接続し、後述する初期位相測定時において第１バンドパスフィルタ２６の出力側をミキサ３６と接続する。

受信部３０では、発振器２２により生成された発振信号（Ａ）が、第２短パルス発生器３２へと入力される。この入力信号の周波数はΔｆ×ｎで示される。第２短パルス発生器３２は、複数の周波数成分が一定（Δｆ×ｎ）の間隔で配列された受信用の複数のパルスを生成する（Ｅ）。これらのパルス信号は、通過周波数がｆｒ_Ｌ〜ｆｒ_Ｈである第２バンドパスフィルタ３４へと入力され、局部発振信号に適した周波数の信号のみが選別される（Ｆ）。局部発振信号の周波数をｆ_ＬＯとする。

アンテナ１２に接続された受信端子ＲＸからは、対象物により反射された反射信号がミキサ３６に入力される。ミキサ３６と受信端子ＲＸとの間には、第２スイッチＳＷ２が設けられている。第２スイッチＳＷ２は、通常時において受信端子ＲＸをミキサ３６の入力側と接続し、初期位相測定時において受信端子ＲＸをターミナル４０（終端）に接続する。

ミキサ３６は、櫛状波（Ｃ）を含む送信信号の反射信号を、第２バンドパスフィルタ３４の出力である局部発振信号（Ｄ）によりダウンコンバートし、ベースバンド信号へと変換する（Ｇ）。ベースバンド信号は、周波数がｆｔ_Ｌ−ｆ_ＬＯ〜ｆｔ_Ｈ−ｆ_ＬＯの範囲で、ステップ周波数Δｆの間隔で配列された複数のパルスを含む。

上記の例において、例えば、ステップ周波数を１００ＭＨｚとし、第１バンドパスフィルタ２６の通過周波数を９４ＧＨｚ〜９５．５ＧＨｚとすることができる。この場合、発振信号（Ａ）の周波数を９．４ＧＨＺとし、分周器２８の分周比ｎを９４とすることができる。また、第２バンドパスフィルタ３４の通過周波数を９１．５ＧＨｚ〜９６．５ＧＨｚとすることができる。これにより、局部発振信号（Ｆ）の周波数は９４ＧＨｚとなり、帯域が０ＧＨｚ〜１．５ＧＨｚでステップ周波数が１００ＭＨｚのベースバンド信号（Ｇ）を得ることができる。

ミキサ３６には、信号処理部１１のＡＤコンバータ５０、フーリエ変換部５２、及び位相検出部５４が順に接続されている。ミキサ３６から出力されたベースバンド信号は、ＡＤコンバータ５０によりデジタル信号へと変換された後、フーリエ変換部５２によるフーリエ変換処理が施され、位相検出部５４により位相が検出される。ここで検出された位相に基づき、画像情報が生成される。

位相検出部５４では、対象物により反射された反射信号の位相を、反射前の送信信号の位相と比較する。ここで、初期位相を測定するためには、第１スイッチＳＷ１により第１バンドパスフィルタ２６の出力側をミキサ３６の入力側と接続し、第２スイッチＳＷ２により受信端子ＲＸをターミナル４０へと接続する。これにより、送信信号がミキサ３６へと直接入力されるため、初期位相の測定を行うことができる。

実施例１に係るイメージング装置１００によれば、対象物に送信する送信信号として、複数のパルス（周波数成分）が周波数空間において櫛状に配列された櫛状波を含む信号を用いている。櫛状波には、測定に必要な複数の異なる周波数成分が含まれており、これを一時に出力することで、複数の周波数成分に対応する対象物の情報を１度の測定において得ることができる。このため、実施例１に係るイメージング装置１００では、送信信号の周波数を時間ごとに切り替えながら測定を行う周波数掃引を行う必要がなく、周波数掃引を行う場合に比べて測定時間の短縮を図ることができる。

上記の櫛状波は、発振信号（Ａ）を生成する発振器２２と、発振信号から送信用の複数のパルス（Ｃ）を生成する第１短パルス発生器２４と、複数のパルスの一部から櫛状波（Ｄ）を生成する第１バンドパスフィルタと、により生成される。発振器２２は、発振信号を生成する発振部の一例であり、第１短パルス発生器２４は、発振信号から送信用の複数のパルスを生成する送信パルス生成部の一例である。複数のパルスを生成するには、他の方法を用いてもよいが、短パルス発生器を用いることで、広範囲において出力がほぼ一定の櫛状波を得ることができる。このように、出力の大きさが周波数に依存しない櫛状波を用いることにより、測定精度を向上させることができる。

また、イメージング装置１００の受信部３０は、送信部２０と共通の発振信号（Ａ）から受信用の複数のパルス（Ｅ）を生成する第２短パルス発生器３２と、複数のパルスの一部から局部発振信号（Ｆ）を生成する第２バンドパスフィルタ３４とを含む。第２短パルス発生器３２は、発振信号から受信用の複数のパルスを生成する受信パルス生成部の一例である。複数のパルスを生成するには、他の方法を用いてもよいが、上記と同様の理由から短パルス発生器を用いることが好ましい。

実施例１において、分周器２８の分周比ｎは固定であってもよいが、可変とすることがより好ましい。分周比を可変とすることにより、対象物に応じてステップ周波数Δｆを変更することができるため、測定精度を向上させることができる。なお、ステップ周波数Δｆは、測定可能な対象物までの最大距離Ｒ_ｍａｘに影響し、ステップ周波数Δｆが小さいほど測定可能な距離Ｒ_ｍａｘは大きくなる。また、分周器２８の分周比ではなく、発振器２２の周波数（あるいはその両方）を可変としてもよい。

実施例２は、分周器の代わりに逓倍器を用いた例である。実施例２に係るイメージング装置の全体構成は実施例１（図１）と同様であり、説明を省略する。

図４は、実施例２に係るイメージング装置のＲＦ部１０及び信号処理部１１の構成の一部を示す図である。実施例１（図２）と異なり、送信部２０は分周器を含んでおらず、受信部３０には逓倍比ｎの逓倍器３８が含まれている。逓倍器３８は、発振器２２と第２短パルス発生器３２との間に配置されている。発振器２２により発振された発振信号は、第１短パルス発生器２４に入力されるとともに、逓倍器３８を介して第２短パルス発生器３２に入力される。その他の構成は実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。

図４の各部における信号波形は、図３に示したものと同様である。実施例２では、最初に発振器２２により低周波の発振信号（Ｂ）が生成され、当該発振信号に基づいて、第２短パルス発生器３２への入力信号となる逓倍信号（Ａ）が生成される。発振信号の周波数は、ステップ周波数Δｆとなる。

上記の例において、例えば、ステップ周波数を１００ＭＨｚとし、第１バンドパスフィルタ２６の通過周波数を９４ＧＨｚ〜９５．５ＧＨｚとすることができる。この場合、逓倍器３８の逓倍比ｎを９４とし、第２短パルス発生器３２への入力信号ｆｒの周波数を９．４ＧＨＺとすることができる。また、第２バンドパスフィルタ３４の通過周波数を９１．５ＧＨｚ〜９６．５ＧＨｚとすることができる。これにより、局部発振信号（Ｆ）の周波数は９４ＧＨｚとなり、帯域が０ＧＨｚ〜１．５ＧＨｚでステップ周波数が１００ＭＨｚのベースバンド信号（Ｇ）を得ることができる。

本構成においても、実施例１と同様に、櫛状波を含む送信信号を用いることにより、測定時間の短縮を図ることができる。

実施例１において、発振器２２の周波数Δｆは固定であってもよいが、可変とすることがより好ましい。対象物に応じてステップ周波数Δｆを変更することにより、測定精度を向上させることができる。このとき、逓倍器３８の逓倍比ｎを可変とし、第２短パルス発生器３２に入力される信号の周波数Δｆ×ｎが一定となるように、発振周波数Δｆに応じて逓倍比ｎを制御することが好ましい。これにより、第２バンドパスフィルタ３４の通過周波数が一定であっても、適切な局部発振信号ｆ_ＬＯを得ることができる。

実施例１〜２においては、送信部２０及び受信部３０がイメージング装置１００の一部（ＲＦ部１０）に含まれる例について説明したが、送信部２０及び受信部３０は、独立した送受信装置となっていてもよい。

実施例１〜２において、第２バンドパスフィルタ３４の通過周波数は、第１バンドパスフィルタ２６の通過周波数をｆｔ_Ｌ〜ｆｔ_Ｈとした場合に、以下の（１）または（２）のいずれかのように定めることが好ましい。すなわち、図３Ｅに示す受信用の複数のパルスの周波数ｆｒのうち、（１）ｆｔ_Ｌ以下でかつｆｔ_Ｌに最も近い周波数ｆｒ_Ｌを含むか、（２）ｆｔ_Ｈ以上でかつｆｔ_Ｈに最も近い周波数ｆｒ_Hを含むことが好ましい。これにより、ミキサ３６により変換された後のベースバンド信号の周波数を低減することができる。

上記の実施形態に関連し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
対象物に対し、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の反射信号を受信する受信部と、
を備えることを特徴とする送受信装置。

（付記２）
前記送信部は、
発振信号を生成する発振部と、
前記発振信号から送信用の複数のパルスを生成する送信パルス生成部と、
前記送信用の複数のパルスの一部から前記櫛状波を生成する第１バンドパスフィルタと、
を含むことを特徴とする付記１に記載の送受信装置。

（付記３）
前記受信部は、
前記送信部と共通の前記発振信号から受信用の複数のパルスを生成する受信パルス生成部と、
前記受信用の複数のパルスの一部から局部発振信号を生成する第２バンドパスフィルタと、
前記局部発振信号により前記反射信号をダウンコンバートし、ベースバンド信号に変換するミキサと、
を含むことを特徴とする付記２に記載の送受信装置。

（付記４）
前記送信パルス生成部及び前記受信パルス生成部は、短パルス発生器を含むことを特徴とする付記３に記載の送受信装置。

（付記５）
前記受信パルス生成部には、前記発振信号が入力され、
前記送信パルス生成部には、前記発振部と前記送信パルス生成部との間に設けられた分周器を介して、前記発振信号の分周信号が入力されることを特徴とする付記２〜４のいずれか一項に記載の送受信装置。

（付記６）
前記送信パルス生成部には、前記発振信号が入力され、
前記受信パルス生成部には、前記発振部と前記受信パルス生成部との間に設けられた逓倍器を介して、前記発振信号の逓倍信号が入力されることを特徴とする付記２〜４のいずれか一項に記載の送受信装置。

（付記７）
前記送信信号は、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、サブミリ波のいずれかであることを特徴とする付記１〜６のいずれか一項に記載の送受信装置。

（付記８）
対象物に対し、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の反射信号を受信する受信部と、
前記反射信号から画像情報を生成する画像情報生成部と、
を備えることを特徴とするイメージング装置。

（付記９）
発振信号を生成する発振部と、
前記発振信号から送信用の複数のパルスを生成する送信パルス生成部と、
前記送信用の複数のパルスの一部から、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を生成するバンドパスフィルタと、
を含むことを特徴とする送受信装置。

（付記１０）
前記第２バンドパスフィルタの通過周波数は、
前記第１バンドパスフィルタの通過周波数をｆｔ_Ｌ〜ｆｔ_Ｈとした場合に、前記受信用の複数のパルスの周波数ｆｒのうちｆｔ_Ｌ以下でかつｆｔ_Ｌに最も近い周波数ｆｒ_Ｌを含むことを特徴とする付記３に記載の送受信装置。

（付記１１）
前記第２バンドパスフィルタの通過周波数は、
前記第１バンドパスフィルタの通過周波数をｆｔ_Ｌ〜ｆｔ_Ｈとした場合に、前記受信用の複数のパルスの周波数ｆｒのうちｆｔ_Ｈ以上でかつｆｔ_Ｈに最も近い周波数ｆｒ_Hを含むことを特徴とする付記３に記載の送受信装置。

（付記１２）
前記分周器の分周比は、可変であることを特徴とする付記５に記載の送受信装置。

（付記１３）
前記発振器の周波数ｆ及び前記逓倍器の逓倍比ｎは可変であり、
前記発振器の周波数ｆの変化に伴い、ｆ×ｎが一定となるように逓倍数ｎが制御されることを特徴とする付記６に記載の送受信装置。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ＲＦ部
１１信号処理部
１２アンテナ
１３表示部
１８制御部
２０送信部
２２発振器
２４第１短パルス発生器
２６第１バンドパスフィルタ
２８分周器
３０受信部
３２第２短パルス発生器
３４第２バンドパスフィルタ
３６ミキサ
３８逓倍器
１００イメージング装置
ＴＸ送信端子
ＲＸ受信端子
ＳＷ１第１スイッチ
ＳＷ２第２スイッチ

Claims

対象物に対し、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の反射信号を受信する受信部と、
を備えることを特徴とする送受信装置。
前記送信部は、
発振信号を生成する発振部と、
前記発振信号から送信用の複数のパルスを生成する送信パルス生成部と、
前記送信用の複数のパルスの一部から前記櫛状波を生成する第１バンドパスフィルタと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の送受信装置。
前記受信部は、
前記送信部と共通の前記発振信号から受信用の複数のパルスを生成する受信パルス生成部と、
前記受信用の複数のパルスの一部から局部発振信号を生成する第２バンドパスフィルタと、
前記局部発振信号により前記反射信号をダウンコンバートし、ベースバンド信号に変換するミキサと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の送受信装置。
前記送信パルス生成部及び前記受信パルス生成部は、短パルス発生器を含むことを特徴とする請求項３に記載の送受信装置。
前記受信パルス生成部には、前記発振信号が入力され、
前記送信パルス生成部には、前記発振部と前記送信パルス生成部との間に設けられた分周器を介して、前記発振信号の分周信号が入力されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の送受信装置。
前記送信パルス生成部には、前記発振信号が入力され、
前記受信パルス生成部には、前記発振部と前記受信パルス生成部との間に設けられた逓倍器を介して、前記発振信号の逓倍信号が入力されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の送受信装置。
前記送信信号は、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、サブミリ波のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の送受信装置。
対象物に対し、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の反射信号を受信する受信部と、
前記反射信号から画像情報を生成する画像情報生成部と、
を備えることを特徴とするイメージング装置。
発振信号を生成する発振部と、
前記発振信号から送信用の複数のパルスを生成する送信パルス生成部と、
前記送信用の複数のパルスの一部から、複数のパルスが櫛状に配列された櫛状波を含む送信信号を生成するバンドパスフィルタと、
を含むことを特徴とする送受信装置。